物理化学第八章界面现象及胶体.ppt

物理化学第八章界面现象及胶体;引 言 高度分散的物质具有巨大的表面积, 往往产生明显的界面效应. 任意两相的接触面(约为几个分子层厚度)称为界面, 其中物体与真空、本身的蒸气或含饱和蒸气的空气的接触面称为表面. 界面和表面有时指同一种面.;界面并不是两相接触的几何面，它有一定的厚度，故有时又将界面称为界面相. 表面分子所占比例随物质分散度的增大而增大. 分散度的大小用比表面积as 衡量: as = As /m = As /?V As为物质的表面积, m为物质的质量.;;扩张表面需要对系统做功 扩张表面系统吉布斯函数增加 比表面功和比表面吉布斯函数和表面张力;;图示液膜面积增加dAS＝2ldx, 对系统做可逆非体积功：;γ ;2.热力学公式;以上４式是更具普遍意义的热力学基本方程, 可适用于组成可变和高度分散的系统．;水滴成球形以使其表面积最小;(1)物质本性的影响;(４)其它因素的影响;某些液体、固体的表面张力和液 / 液界面张力;8.2 亚稳定状态和新相的生成 P332;(1)过饱和蒸气 P473;;;(3)过冷液体;(4)过饱和溶液;;可知, 当溶液浓度达到普通晶体的饱和浓度时, 相对于微小晶粒还未饱和, 微小晶粒不能从中析出, 这是造成过饱和溶液的原因.; 泡压法测定丁醇水溶液的表面张力. 20℃实测最大泡压力为 0.4217kPa, 20℃时测的水的最大泡压力为0.5472 kPa, 已知20℃时水的表面张力为 72.75×10－3 N·m－1, 请计算丁醇溶液的表面张力. ; 20℃时, 汞的表面张力为 483×10－3 N·m －1, 体积质量 (密度) 为13.55×10 3 kg·m－3. 把内直径为 10－3 m的玻璃管垂直插入汞中, 管内汞液面会降低多少?已知汞与玻璃的接触角为 180°, 重力加速度 g = 9.81 m ·s－2. ; 25 ℃半径为1 ?m的水滴与蒸气达到平衡, 试求水滴的内外压力差及水滴的饱和蒸气压. 已知25 ℃时水的表面张力为71.97×10－3 N·m－1, 体积质量(密度)为0.9971g·cm－ 3, 蒸气压为 3.168 kPa,摩尔质量为18.02 g·mol －1. ;8.3固体表面上的吸附作用P335;1. 物理吸附与化学吸附;物理吸附与化学吸附的比较;一个在恒温恒压下自发的吸附过程?G 0, ?S 0, 故?H= ?G +T ?S 0, 应是放热过程. 物理吸附和化学吸附往往可以同时发生, 如O2在W上的吸附.在不同的温度下, 起主导作用的吸附可以发生变化.;在吸附过程中, 某些系统由初始的物理吸附转变为化学吸附,这比直接的化学吸附更容易, 如氢在Cu上的吸附.;2. 等温吸附 P337;吸附等温线: 恒温下, 描述吸附量与平衡压力间关系的曲线 吸附等压线: 恒压下, 描述吸附量与温度之间关系的曲线 吸附等量线: 吸附量恒定时, 描述平衡压力与温度间关系的曲线 ;不同温度下氨气在炭粒上的吸附等温线;3. 吸附经验式----弗罗因德利希公式 P479;CO在椰子壳炭上的吸附; 1916年兰格缪尔(Langmuir)提出单分子层吸附理论. 基本假设如下: 单分子层吸附: 固体表面上每个吸附位只能吸附一个分子, 气体分子只有碰撞到固体的空白表面上才能被吸附; 固体表面是均匀的:表面上各个晶格位置的吸附能力相同; 被吸附的气体分子间无相互作用力: 吸附或脱附的难易与邻近有无吸附分子无关; 吸附平衡是动态平衡: 达吸附平衡时, 吸附和脱附过程同时进行, 且速率相同.;以 k1 和 k－1分别代表吸附与脱附速率常数, A 代表气体分子, M 代表固体表面, 则吸附过程可表示为;当吸附达平衡时, ?1=?－1, 所以;以Va代表覆盖率为?时的平衡吸附量,以Va m代表在足够高压力下的饱和吸附量(? =1 ),则有 ;若已知每个被吸附分子的截面积am, 则可计算吸附剂的比表面:; 兰格谬尔等温式可较好地解释典型的吸附等温线的特征: ;;溶质的加入使溶液的表面张力发生变化;若溶质的加入使溶液表面张力降低, 则溶质自动地从体相富集至表面, 增大其表面浓度, 发生正吸附. 若溶质的加入使溶液表面张力升高, 则发生负吸附.;凡能使溶液表面张力增大的物质, 皆称为表面惰性物质; 凡能使溶液表面张力降低的物质, 皆称为表面活性物质. 习惯上把能显著降低液体表面张力的物质称为该液体的表面活性剂.;2.表面过剩与吉布斯等温吸附式;3. 表面活性物质在吸附层的定向排列;式中Γm可以看作是在单位表面上定向排列呈单分子层吸附时溶质的物质的量. 由